通过磁场的施加进行数据写入的薄膜磁性体存储装置制造方法及图纸

周边电路（５）与存储阵列（２）邻接配置，对于存储阵列（２）进行数据读出以及数据写入，用于向周边电路（５）供给动作电压的电源电压布线（ＰＬ）以及接地布线（ＧＬ）分别供给电源电压（Ｖｃｃ）以及接地电压（ＧＮＤ），电源电压布线（ＰＬ）以及接地布线（ＧＬ）配置成使得由流过电源电压布线（ＰＬ）产生的磁场与流过接地布线（ＧＬ）的电流产生的磁场在存储阵列（２）中相互抵消。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及薄膜磁性体存储装置，更特别地是涉及具备包含有磁隧道结(MTJMagnetic Tunnel Junction)的存储单元的随机存取存储器。
技术介绍
作为能够以低功耗进行非易失性的数据存储的存储装置，MRAM(磁随机存取存储器)器件引人注目。MRAM器件是使用在半导体集成电路中形成的多个薄膜磁性体进行非易失性的数据存取，对于薄膜磁性体的每一个能够进行随机存取的存储装置。特别是，近年来通过把利用了磁隧道结的薄膜磁性体用作为存储单元，MRAM器件的性能飞速地进步。具备包括有磁隧道结的存储单元的MRAM器件，公开在“A 10ns Read and Write Non-Volatile MemoryArray Using a Magnetic Tunnel Junction and FET Switch in eachCell”，ISSCC Digest of Technical Papers，TA7.2，Feb.2000.，“Nonvolatile RAM based on Magnetic Tunnel Junction Elements”ISSCC Digest of Technical Papers，TA7.3，Feb.2000.，以及“A 256kb3.0V 1T1MTJ Nonvolatile Magnetoresistive RAM”ISSCC Digest ofTechnical Papers，TA7.6，Feb.2001.等技术文献中。图39是示出具有磁隧道结部分的存储单元(以下，也简单地称为「MTJ存储单元」)的结构的概略图。参照图39，MTJ存储单元具备根据存储数据电平，电阻发生变化的隧道磁阻元件TMR，用于在数据读出时形成通过隧道磁阻元件TMR的读出电流Is的路径的存取元件ATR。存取元件ATR由于代表性地用场效应型晶体管形成，因此在下面也把存取元件ATR称为存取晶体管ATR。存取晶体管ATR连接在隧道磁阻元件TMR与固定电压(接地电压GND)之间。对于MTJ存储单元，配置用于指示数据写入的写字线WWL，用于执行数据读出的读字线RWL，在数据读出以及数据写入时，用于传递对应于存储数据的数据电平的电信号的作为数据线的位线BL。图40是说明来自MTJ存储单元的数据读出动作的概念图。参照图40，隧道磁阻元件TMR具有被固定的包含有一定磁化方向的强磁性体层(以下，也简单地称为「固定磁化层」)FL，沿着对应于来自外部的施加磁场的方向进行磁化的强磁性体层(以下，也简单地称为「自由磁化层」)VL，用于把固定磁化层FL的磁化方向进行固定的反强磁性体层AFL。在固定磁化层FL与自由磁化层VL之间，设置以绝缘体膜形成的隧道壁垒(隧道膜)TB。自由磁化层VL根据写入的存储数据的电平，沿着与固定磁化层FL相同的方向或者与固定磁化层FL相反的方向进行磁化。由这些固定磁化层FL，隧道壁垒TB以及自由磁化层VL形成磁隧道结。在数据读出时，根据读字线RWL的激活，存取晶体管ATR导通。由此，能够在位线BL～隧道磁阻元件TMR～存取晶体管ATR～接地电压GND的电流路径中流过读出电流Is。隧道磁阻元件TMR的电阻根据固定磁化层FL以及自由磁化层VL的各个磁化方向的相对关系变化。具体地讲，在固定磁化层FL的磁化方向与自由磁化层VL的磁化方向是平行的情况下，与两者的磁化方向是相反(反平行)的情况相比较，隧道磁阻元件TMR的电阻减小。从而，如果在对应于存储数据的方向磁化自由磁化层VL，则根据读出电流Is，在隧道磁阻元件TMR中产生的电压变化根据存储数据电平而不同。从而，例如，在把位线BL预充电到预定电压以后，如果在隧道磁阻元件TMR中流过读出电流Is，则通过检测位线BL的电压，能够读出MTJ存储单元的存储数据。图41是说明对于MTJ存储单元的数据写入动作的概念图。参照图41，在数据写入时，不激活读字线RWL，存取晶体管ATR关断。在该状态下，用于沿着对应于数据写入数据的方向把自由磁化层VL进行磁化的数据写入电流分别流过写字线WWL以及位线BL。自由磁化层VL的磁化方向由分别流过写字线WWL以及位线BL的数据写入电流的方向的组合决定。图42是说明对于MTJ存储单元的数据写入时的数据写入电流与隧道磁阻元件TMR的磁化方向的关系的概念图。参照图42，横轴示出在隧道磁阻元件TMR内的自由磁化层VL中，沿着磁化易于轴(EAEasy Axis)方向施加的磁场。另一方面，纵轴H(HA)示出在自由磁化层VL中沿着难以磁化轴(HAHard Axis)方向作用的磁场。磁场H(EA)以及H(HA)与分别流过位线BL以及写字线WWL的电流所产生的2个磁场的某一方对应。在MTJ存储单元中，固定磁化层FL的被固定的磁化方向沿着自由磁化层VL的易于磁化轴，自由磁化层VL根据存储数据的电平(“1”以及“0”)，沿着易于磁化轴方向，在与固定磁化层FL平行或者反平行(相反)方向磁化。以下，在本说明书中，分别以R1以及R0(R1＞R0)示出与自由磁化层VL的2种磁化方向分别对应的隧道磁阻元件TMR的电阻。MTJ存储单元与这样的自由磁化层VL的2种磁化方向相对应，能够存储1位的数据(“1”以及“0”)。自由磁化层VL的磁化方向只有在施加的磁场H(EA)以及H(HA)之和达到图中所示的星形特性线的外侧区域时能够被重新改写。即，所施加的数据写入磁场在是相当于星形特性线的内侧区域的强度的情况下，自由磁化层VL的磁化方向不变化。如星形特性线所示，通过对于自由磁化层VL施加难以磁化轴方向的磁场，能够降低使沿着易于磁化轴的磁化方向改变所需要的磁化阈值。如图42的例子所示，在设计了数据写入时的动作点的情况下，在作为数据写入对象的MTJ存储单元中，易于磁化轴方向的数据写入磁场设定成其强度成为HWR。即，设计流过位线BL或者写字线WWL的数据写入电流的值，使得可以得到该数据写入磁场HWR。一般，数据写入磁场HWR用磁化方向的切换所必需的开关磁场HSW与增量部分ΔH之和表示。即，用HWR＝HSW+ΔH表示。为了改写MTJ存储单元的存储数据，即隧道磁阻元件TMR的磁化方向，需要在写字线WWL和位线BL两方流过预定水平以上的数据写入电流。由此，隧道磁阻元件TMR中的自由磁化层VL根据沿着易于磁化轴(EA)的数据写入磁场的方向，沿着与固定磁化层FL平行或者相反(反平行)方向磁化。暂时写入到隧道磁阻元件TMR中的磁化方向，即MTJ存储单元的存储数据非易失性地保持到执行新的数据写入为止。这样，隧道磁阻元件TMR由于根据能够施加的数据写入磁场改写的磁化方向，其电阻发生变化，因此通过使隧道磁阻元件TMR中的自由磁化层VL的2种磁化方向分别与存储数据的电平(“1”以及“0”)相对应，能够进行非易失性的数据存储。在集成配置这样的MTJ存储单元，构成MRAM器件的情况下，一般是在半导体基板上行列形地配置MTJ存储单元的结构。图43是示出行列形地集成配置了MTJ存储单元的阵列结构的概念图。图43中，示出把MTJ存储单元配置成n行×m列(n、m自然数)的阵列结构。如已说明过的那样，对于各MTJ存储单元，需要配置位线BL，写字线WWL以及读字线RWL。在数据写入时，对于被选择为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜磁性体存储装置，其特征在于具备： 配置了每一个都进行磁数据存储的多个存储单元的存储阵列，其中，上述多个存储单元的每一个具有根据预定磁场的施加能够改写的磁化方向，电阻发生变化的磁存储部分； 配置在与上述存储阵列邻接的区域中，用于对上述存储阵列进行数据读出以及数据写入的周边电路； 用于在上述周边电路中供给动作电压的第１以及第２电源布线， 上述第１以及第２电源布线配置成使得由流过上述第１电源布线的电流产生的磁场与流过上述第２电源布线的电流产生的磁场在上述存储阵列中相互抵消。

【技术特征摘要】
JP 2001-10-25 327690/01;JP 2002-3-14 70583/021.一种薄膜磁性体存储装置，其特征在于具备配置了每一个都进行磁数据存储的多个存储单元的存储阵列，其中，上述多个存储单元的每一个具有根据预定磁场的施加能够改写的磁化方向，电阻发生变化的磁存储部分；配置在与上述存储阵列邻接的区域中，用于对上述存储阵列进行数据读出以及数据写入的周边电路；用于在上述周边电路中供给动作电压的第1以及第2电源布线，上述第1以及第2电源布线配置成使得由流过上述第1电源布线的电流产生的磁场与流过上述第2电源布线的电流产生的磁场在上述存储阵列中相互抵消。2.根据权利要求1所述的薄膜磁性体存储装置，其特征在于上述第1以及第2电源布线由分别设置不同在布线层上第1以及第2金属布线形成为上下重叠。3.一种薄膜磁性体存储装置，其特征在于具备配置了每一个都进行磁数据存储的多个存储单元的存储阵列，其中，上述多个存储单元的每一个具有根据预定磁场的施加能够改写的磁化方向，电阻发生变化的磁存储部分；配置在与上述存储阵列邻接的区域中，用于对上述存储阵列进行数据读出以及数据写入的周边电路；用于在上述周边电路中供给动作电压的第1以及第2电源布线，上述第1以及第2电源布线配置成使得流过上述第1以及第2电源布线的电流分别产生的第1以及第2磁场在上述存储阵列中沿着上述磁存储部分的易于磁化轴的方向发生作用。4.根据权利要求3所述的薄膜磁性体存储装置，其特征在于行列形地配置上述多个存储单元，上述多个磁性体存储装置还具备分别对应于存储单元行以及存储单元列的一方设置，每一个为了对于选择存储单元主要施加沿着易于磁化轴的磁场，选择性地接受数据写入电流的供给的多条第1写入布线；分别对应于上述存储单元行以及存储单元列的另一方设置，每一个为了对于选择存储单元主要施加沿着难以磁化轴的磁场，选择性地接受数据写入电流的供给的多条第2写入布线，上述多条第1写入布线的布线间距比上述多条第2写入布线的布线间距大。5.一种薄膜磁性体存储装置，其特征在于具备配置了每一个都进行磁数据存储的多个存储单元的存储阵列，其中，上述多个存储单元的每一个具有根据响应预定磁场的施加能够改写的磁化方向，电阻发生变化的磁存储部分；配置在与上述存储阵列邻接的区域中，用于对上述存储阵列进行数据读出以及数字数据写入的周边电路；用于在上述周边电路中供给动作电压的第1以及第2电源布线，上述第1以及第2电源布线的每一条在最接近的存储单元的磁存储部分中，从上述最接近的存储单元的磁存储部分隔开预定距离以上进行配置，使得由流过自身的峰值电流产生的峰值磁场的强度小于考虑上述存储单元的磁化特性所决定的预定强度。6.根据权利要求5所述的薄膜磁性体存储装置，其特征在于还具备在数据写入时，为了流过用于生成上述预定磁场的数据写入电流而设置的写入数据线，在上述数据写入时，由上述数据写入电流产生的磁场的强度以用于改写上述磁存储部分的磁化方向所必需的第1磁场强度和相当于余量部分的第2磁场强度的和表示，设计上述预定距离使得上述预定强度小于上述第2磁场强度。7.一种薄膜磁性体存储装置，其特征在于具备配置了每一个都进行磁数据存储的多个存储单元的存储阵列，其中，上述多个存储单元的每一个根据响应施加的磁场可改写的磁化方向，电阻值发生变化的磁存储部分；配置在与上述存储阵列邻接的区域中，用于对上述存储阵列进行数据读出以及数据写入的周边电路；对于上述周边电路，把上述存储阵列在中间，配置在沿着上述第1方向的相反一侧的区域中，接收上述周边电路的动作电源电压V的供给的电源节点；沿着上述第1方向，设置在上述电源节点与上述周边电路之间，用于传递上述动作电源电压的电源布线；在上述电源节点与上述存储阵列之间的区域以及上述周边电路与上述存储阵列之间的区域的至少一方，设置在上述电源布线与接地电压之间的去耦电容。8.一种薄膜磁性体存储装置，其特征在于具备行列形地配置了每一个都进行磁数据存储的多个存储单元的存储阵列；在上述存储阵列的端部，沿着存储单元行以及存储单元列的至少一方配置的每一个都具有被固定了的磁化方向的多个虚拟磁性体。9.一种薄膜磁性体存储装置，其特征在于具备配置了包含每一个都用于进行磁数据存储的第1磁性体的多个存储单元的存储阵列；与上述存储阵列相对应配置，并且每一个都与包含在上述多个存储单元的至少一个中的上述第一磁性体电连接的多条第1布线；配置在上...

【专利技术属性】
技术研发人员：日高秀人，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]